38 MESS- UND PRÜFTECHNIK N E T Z A N A LY S ATO R E N www.polyscope.ch Stromnetz im Griff Mit Dreiphasen-Netzanalysatoren Störungen beseitigen Die Analyse elektrischer Netze reicht vom Darstellen von Netzmessgrössen über das Erkennen und Bewerten von Schwankungen in der Energieversorgung bis zum Registrieren und Analysieren des Energieverbrauches. Mit den Dreiphasen-Netzanalysatoren Mavowatt und Mavosys lassen sich diese Aufgabengebiete elegant und mit kommerziell vertretbarem Aufwand abdecken. Industrie, Handel, Gesundheitswesen, Banken und viele andere Dienstleistungsbereiche sind extrem abhängig von elektrischen und elektronischen Systemen. Gerade diese Systeme beeinflussen die Netzqualität in vielfältiger Weise, reagieren aber selbst äusserst empfindlich auf jede Störung. In modernen Betrieben zählt es deshalb zur unternehmerischen Verantwortung, das eigene Stromnetz rund um die Uhr und in jeder Situation im Griff zu haben. Treten erste Anzeichen einer schlechten Netzqualität wie überhitzte Motoren, Transformatoren und Leitungen, übermässige Ströme in Nullleitern, ohne nachvollziehbare Ursache auslösende Schutzeinrichtungen, flackernde Beleuchtung, Computerausfälle und Datennetzwerkprobleme, Netzinterferenzen im Telefonnetz oder unerklärlich gestiegene Energiekosten auf, dann ist Handeln angesagt. Durch den Einsatz geeigneter Messmittel sind die Verursacher aufzuspüren und Massnahmen zur Beseitigung der Störung einzuleiten. Vereinbarung zwischen Versorger und Verbraucher Die EN 50160 definiert das Produkt «Elektroenergie» anhand ausgewählter Qualitätsmerkmale der Spannung. Jeder Kunde in Europa kann erwarten, dass die Spannungsqualität in den öffentlichen Nieder- und Mittelspannungsnetzen innerhalb der angegebenen Wertebereiche liegt. Die EN 50160 gilt bei normalen Betriebsbedingungen sowohl an der Übergabestelle zwischen öffentlichem Netz und Kunden als auch an der Übergabestelle von Eigenerzeugungsanlagen zum öf- Die Messgeräte MAVOWATT 30/40/70 und das MAVOSYS 10 entsprechen der Klasse A nach EN 61000-4-30 und zeigen alle EN 50160-Merkmale und deren Einhaltung fentlichen Netz. Für Energieversorger und industrielle Netzbetreiber ist die Überwachung dieser Merkmale am Netzübergabepunkt und innerhalb des Netzes ein wichtiger Bestandteil der Betriebsführung. Netzstörungen – Ursachen, Auswirkungen, Abhilfen Mit Netzanalysatoren werden die Störungen im Netz nachgewiesen. Sinnvolle Hinweise auf die Art der Störung erhält man entweder direkt über die Messergebnisse oder indirekt über die auftretenden Auswirkungen. Ist die Ursache erst einmal lokalisiert, dann findet der Fachmann im nachfolgenden Beitrag nützliche Tipps für wirkungsvolle Abhilfemassnahmen. Transienten Transiente Überspannungen entstehen hauptsächlich durch betriebsbedingte Schaltereignisse im Netz. Zusätzlich erzeugen Blitzeinschläge und durch Kurzschluss ausgelöste Sicherungen und Leistungsschalter Spannungsspitzen bis zu einigen kV. Auswirkungen von Transienten sind Fehlfunktionen von Steuerungen, Rechnerabstürzen, Zerstörung von Netzteilen sowie Motorund Transformatorwicklungen, Überschläge in Geräten und Störungen in Signal- bzw. Datenleitungen. Wirkungsvolle Abhilfe schafft der Einbau von Varistoren oder Überspannungsschutzkondensatoren. Oberschwingungen Oberschwingungen sind sinusförmige, der Spannungs- oder Stromgrundschwingung überlagerte Anteile. Das Verhältnis von Oberschwingungsfrequenz zur Netzfrequenz wird als Ordnungszahl h bezeichnet. Ganzzahlige Vielfache der Netzfrequenz nennt man Harmonische. Ergibt sich ein nicht ganzzahliges Vielfaches, dann spricht man von Zwischenharmonischen. Der vermehrte Einsatz nichtlinearer elektrischer Verbraucher belastet die Netze zunehmend mit Oberschwingungen. Zu den Verursachern gehören sämtliche Netzteile mit Gleichspannungsausgang, die weit verbreitet in Computern, Druckern, Kopier- und FaxPolyscope 22/08 N E T Z A N A LY S ATO R E N NETZ- UND PRÜFTECHNIK geräten, Niedervolt-Halogenlampen sowie elektronischen Steuerungen zum Einsatz kommen. Die Auswirkungen von Oberschwingungen im Netz sind höhere Verluste, Fehlfunktionen sowie Ausfälle bei elektrischen Betriebsmitteln und Anlagen. Anstelle der aus heutiger Sicht technisch veralteten Verdrosselungen der Netze werden intelligente aktive Filter zur Kompensation der Oberschwingungen eingesetzt. Zwischenharmonische Zwischenharmonische Spannungen entstehen als Netzrückwirkung von leistungsstarken Betriebsmitteln, deren Energieumsatz mit einer von der Netzfrequenz unterschiedlichen Frequenz erfolgt oder teilweise von 50 Hz unabhängig ist. Dazu zählen Asynchronmaschinen, Antriebe mit Frequenzumrichtern, Betriebsmittel mit Schwingungspaketsteuerungen und fremde Tonfrequenz-Rundsteueranlagen. Abhilfe schafft das Verlegen des Anschlusses zu einem Verknüpfungspunkt mit höherer Kurzschlussleistung, die Verbesserung der Glättung im Zwischenkreis von Umrichtern oder der Einsatz von Saug- und Sperrkreisen. Spannungsschwankungen Als Spannungsschwankungen werden Veränderungen des Spannungseffektivwerts bezeichnet. Man unterscheidet zwischen langsamen Spannungsänderungen während eines Tages, deren Dauer im Sekunden- oder Minu- MAVOLOG 20P erfasst und bewertet die Qualitätsmerkmale der Niederspannung über einen nahezu unbegrenzten Mess- und Speicherzeitraum tenbereich liegt, und einzelne schnelle Spannungsänderungen, deren Dauer im Sekunden- bis hin zum Millisekundenbereich liegt. Die Verursacher von Spannungsschwankungen sind Maschinen und Anlagen mit starken Laständerungen, die an Netzen mit kleiner Kurzschlussleistung betrieben werden. Funktionsstörungen, reduzierte Maschinenleistung, Produktivitätseinbussen und schwankende Fertigungsqualität sind die Folgen. Diese können durch den Einsatz von Normen zur Netzqualität Bei der Betrachtung der Netzqualität sind die Norm EN 50160 und die EMVNormenreihe EN 61000 zu berücksichtigen. Die EN 50160 beschreibt dabei die wichtigsten Kenngrössen der Versorgungszuverlässigkeit, in der EMV-Normenreihe EN 61000 hingegen werden Grenzwerte für Störaussendung und Störfestigkeit sowie Prüf- und Messverfahren definiert. Die relevanten Normen sind: Versorgung EN 50160 Merkmale der Spannung in öffentlichen Versorgungsnetzen Grenzwerte für Verbraucher EN 61000-3-2 Oberschwingungsströme ( I <16 A je Leiter) EN 61000-3-12 Oberschwingungsströme, (I >16 A und <75 A je Leiter) EN 61000-3-3 Spannungsänderungen, Spannungsschwankungen und Flicker (I <16 A) EN 61000-3-11 Spannungsänderungen, -schwankungen und Flicker (I >16 A und <75 A je Leiter) Prüf- und Messverfahren EN 61000-4-7 Messmethoden für Oberschwingungen EN 61000-4-15 Flickermeter-Funktionsbeschreibung und Auslegungsspezifikationen EN 61000-4-30 Prüf- und Messverfahren für die Netzqualität Eine Übersicht über die Merkmale der EN 50160 finden Sie auf unserer Internetseite unter www.polyscope-online.com/ps2208_EN50160.pdf Polyscope 22/08 40 MESS- UND PRÜFTECHNIK N E T Z A N A LY S ATO R E N Kompensationsleistung zu- bzw. abschalten, und dynamische Regelungen mit speziellen Regeleinrichtungen. Abhilfe kann auch die Trennung des Lichtnetzes, Anschluss an eine andere Phase oder über einen eigenen Trafo schaffen. Unsymmetrie Die Software «Dran-View» verwandelt Daten in professionelle, leicht verständliche Berichte, erkennt automatisch die Messart und wählt die entsprechenden Grafiken und Berichte aus Spannungsstabilisierungsanlagen vermieden werden. Spannungseinbrüche Bei Spannungseinbrüchen geht der Spannungseffektivwert auf Werte zwischen 1 und 90 Prozent der Nennspannung zurück, hervorgerufen durch kurzzeitige hohe Netzbelastung, insbesondere in Netzen mit niedrigen Kurzschlussleistungen. Die Ursache dafür sind hohe Anlaufströme grosser Motoren, die ein Vielfaches des Nennstroms betragen. Gleiches gilt für Motoren, die unter hoher Last anlaufen müssen. Auswirkungen sind Netzabschaltung durch Überstrom, Geräteabschaltung durch Unterspannung, Fehlfunktionen von Steuerungen und stillstehende Motoren. Wirkungsvolle Verbesserung liefert der Einsatz von Motoranlaufkompensationen, Strombe- grenzung beim Motoranlauf mit Stern-/Dreieck- oder Sanftanlauf-Schaltungen sowie die Erhöhung der Netzkurzschlussleistung. Flicker Schnelle und häufige Lastveränderungen beeinflussen die Netzspannung und ergeben Lichtschwankungen, die vom Menschen als störend empfunden werden. Sie lösen Ermüdung der Augen, Unbehagen und Schwindelgefühl aus. Die Verursacher von Flicker sind häufig Schweissmaschinen, Lichtbogenöfen, Röntgengeräte, Windkraftanlagen sowie Antriebe mit stossartiger Belastung, wie sie in Pressen, Stanzen, Schreddern, Krananlagen und Aufzügen vorkommen. Um Flicker zu kompensieren, sind Kompensationsanlagen erforderlich, die innerhalb weniger Millisekunden die erforderliche Durch ungleichmässige Verteilung von einphasigen Verbrauchern und dem Betrieb von zweiphasigen Verbrauchern werden Transformatoren und Netze unsymmetrisch belastet. Die Wirklast der Verbraucher ist dabei verantwortlich für ungleiche Phasenspannungen und die Blindlast sorgt für Abweichungen der Phasenverschiebungen von den idealen 120 Grad. Unsymmetrie kann durch gleichmässige Phasenauslastung, Erhöhen der Netzkurzschlussleistung oder dynamische Symmetrieregelanlagen kompensiert werden. Bei der Blindstromkompensation sind Anlagen mit Unsymmetrieanpassung einzusetzen. Netzanalysatoren mit hoher Kosteneffizienz Mit den vielseitigen Netz-Analysator-PowerTools zur Sicherung der Netzqualität Mavowatt und Mavolog lassen sich alle relevanten Messgrössen erfassen, die für die Qualität der Energieversorgung ausschlaggebend sind. Störungen und Ereignisse können einfach lokalisiert, dokumentiert und in Bezug auf die Normen analysiert werden – die perfekte Grundlage für eine nachhaltige Optimierung. Das steigert die Betriebssicherheit, hält die Produktqualität stabil und sorgt für hohe Kosteneffizienz. « Polyscope 22/08 N E T Z A N A LY S ATO R E N NETZ- UND PRÜFTECHNIK Nachgefragt «Es zählt zur unternehmerischen Verantwortung, das Stromnetz im Griff zu haben» René Weber, Geschäftsführer GMC-Instruments Schweiz AG Für welche Anwendungen kommen MAVOWATT und MAVOSYS zum Einsatz? Die Netzanalysatoren MAVOWATT und MAVOSYS messen, registrieren und analysieren alle wichtigen Grössen in elektrischen Gleichstrom- sowie Einphasen- und Drehstromnetzen. Die Geräte der MAVOWATT-Serie sind als universelle, tragbare Betriebsmessgeräte konzipiert, MAVOSYS sind in erster Linie für den stationären Betrieb bestimmt. Die Messmöglichkeiten reichen von der kompletten Darstellung der Grössen in elektrischen Energienetzen bis zur Analysefunktion in der industriellen Elektronik. Welches sind die häufigsten Netzstörungen und welche Massnahmen muss der Fachmann beim Auftreten ergreifen? Spannungsschwankungen und -einbrüche, transiente Überspannungen, Oberschwingungen, Flicker und unsymmetrische Netze sind die häufigsten Netzstörungen. Treten erste Anzeichen einer schlechten Netzqualität wie überhitzte Motoren, Transformatoren und Leitungen, übermässige Ströme in Nullleitern, ohne nachvollziehbare Ursache auslösende Schutzeinrichtungen, flackernde Beleuchtung, Computerausfälle und Datennetzwerkprobleme, Netzinterferenzen im Telefonnetz oder unerklärlich gestiegene Energiekosten auf, dann ist Handeln angesagt. Durch den Einsatz geeigneter Messmittel sind die Verursacher aufzuspüren und Massnahmen zur Beseitigung der Störung einzuleiten. Wo sitzen Ihre Kunden? Industrie, Handel, Gesundheitswesen, Banken und praktisch alle andere Dienstleistungsbereiche sind extrem abhängig von elektrischen und elektronischen Systemen. Gerade diese Systeme beeinflussen die Netzqualität in vielfältiger Weise – reagieren aber selbst äusserst empfindlich auf jede Störung. In modernen Betrieben zählt es deshalb zur unternehmerischen Verantwortung, das eigene Stromnetz rund um die Uhr und in jeder Situation im Griff zu haben. Was kosten diese Netzanalysatoren und wie schnell amortisieren sie sich? Als einfache Variante empfehlen wir beispielsweise das MAVOLOG 20P. Das kompakte Gerät, im Preisbereich von 3500 Franken, erfasst und bewertet die Qualitätsmerkmale der Niederspannung über einen nahezu unbegrenzten Messund Speicherzeitraum. Zu den überwachten Grössen gehören Netzfrequenz, Nennspannung, Unsymmetrie, Flicker, Gesamtoberschwingungsgehalt THD, Spannungseinbrüche, kurze und lange Spannungsunterbrechungen sowie netzfrequente und transiente Überspannungen. Der dreiphasige Energie- und Netzstöranalysator MAVOWATT 30 wird im Set, also inklusive Messleitungen, Zangen, Software usw., zu einem Preis unter 9000 Franken geliefert. Er erfüllt sowohl die für Netzqualitätsmessung relevanten Normen EN 50160, EN 61000-4-7, EN 61000-4-15 als auch die EN 61000-4-30. Das Klasse-A-Gerät überwacht simultan Effektivwerte, Harmonische, Flicker und Transienten bis in den Zeitbereich von zirka 80 µs. Die Amortisationszeit von Netzanalysatoren ist relativ kurz. Kann ein Betriebsunterbruch mit einer geeigneten Überwachung und Analyse verhindert werden, sind die Investitionskosten bereits amortisiert. Infoservice GMC-Instruments Schweiz AG Glattalstrasse 63, 8052 Zürich Tel. 044 308 80 80, Fax 044 308 80 88 [email protected] www.gmc-instruments.ch Polyscope 22/08 41
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